Il solaio è un elemento fondamentale di un edificio, separando i piani e fungendo da base per quello superiore e copertura per quello inferiore. Tecnicamente, è una struttura bidimensionale piana che supporta i carichi e li trasferisce alle strutture portanti come travi e muri. Le porzioni strutturali sono principalmente sollecitate a flessione e taglio, con un'attenzione particolare alla verifica di deformabilità. Infatti, il forte carico prolungato risulta una delle fondamentali cause di deperimento delle strutture in legno.
Operando da oltre 30 anni nel settore delle costruzioni in legno, L.A. COST ha potuto cimentarsi in ogni tipo di tecnica costruttiva in legno, applicando le diverse tecniche costruttive in legno per realizzare abitazioni mono e pluripiano, palazzine, ville ed edifici di grandi dimensioni - pubblici e privati - come scuole, chiese, strutture ricettive e direzionali.
Grazie all’esperienza e al know-how tecnologico, L.A. COST è in grado di produrre e integrare qualsiasi tipologia di struttura in legno, scegliendo di volta in volta la soluzione più adatta al progetto. Evolvendo nella propria filosofia costruttiva, l’azienda ha sviluppato il sistema TOTAL WOOD, che adotta la moderna tecnica X-Lam come riferimento per la realizzazione di strutture ad alte prestazioni.
La tecnologia X-Lam (COST-PLY) reinterpreta il principio della muratura portante tradizionale, sostituendo l’elemento in laterizio con un pannello massiccio in legno a strati incrociati, capace di unire solidità, leggerezza e sostenibilità.
Pannelli X-Lam (CLT)
I pannelli X-Lam, in inglese CLT (Cross Laminated Timber), sono pannelli di legno massiccio a strati incrociati, composti da più strati di lamelle (o tavole), sovrapposti e incollati uno sull’altro in modo che la fibratura di ogni singolo strato sia ruotata nel piano di 90° rispetto agli strati adiacenti. I singoli strati sono realizzati in tavole di legno di conifera, essiccate e selezionate, come per la maggior parte degli elementi strutturali in legno dove viene impiegato l’abete, in prevalenza abete rosso. Le tavole sono di spessore variabile fra i 19 e i 40 mm, larghe fra gli 80 ed i 260 mm.
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COST-PLY è il pannello X-Lam prodotto da L.A. COST, realizzato interamente nello stabilimento aziendale con un processo produttivo articolato in tre fasi principali:
- Selezione e preparazione delle lamelle: Le lamelle (o tavole) vengono innanzitutto selezionate in base alla classe di resistenza e sottoposte a un controllo automatico tramite scanner e raggi X, per individuare ed eliminare eventuali difetti. Successivamente, le lamelle vengono giuntate di testa per raggiungere le lunghezze desiderate, garantendo continuità e uniformità strutturale.
- Formazione degli strati: Le lamelle vengono quindi incollate affiancandole una all’altra, dando forma ai singoli strati di tavole che comporranno il pannello finito.
- Incollaggio incrociato degli strati: Gli strati così ottenuti vengono incollati tra loro incrociando le fibre a 90°, creando un elemento monolitico in legno prefabbricato e stabile.
Il risultato è un pannello X-Lam ad alte prestazioni, composto per il 99,4% da legno e solo per lo 0,6% da colla, che unisce la naturalità e leggerezza del legno massello a eccellenti caratteristiche di stabilità dimensionale, funzionalità architettonica e prestazioni tecniche.
Funzionamento Statico Delle Strutture in X-Lam
L’utilizzo dei pannelli X-Lam (o CLT) per la realizzazione di pareti e solai dà origine a una struttura di tipo scatolare, nella quale ogni elemento contribuisce alla stabilità complessiva dell’edificio. Il pannello X-Lam può svolgere tutte le principali funzioni strutturali:
- Funzione di lastra (parete): il pannello sostiene i carichi verticali e contrasta le azioni orizzontali dovute a vento e sisma, garantendo resistenza e rigidezza.
- Funzione di piastra (solaio): grazie alla propria resistenza flessionale e a taglio nelle due direzioni del piano, il pannello è in grado di portare i carichi perpendicolari al suo stesso piano.
Gli elementi in X-Lam sono collegati tra loro in modo elastico e deformabile: le giunzioni trasferiscono le azioni di taglio, ma non quelle flessionali, consentendo al sistema di distribuire le sollecitazioni in modo uniforme e controllato.
Sviluppo delle Pareti in X-Lam
Le pareti in X-Lam possono essere costituite da uno o più pannelli, a seconda delle luci da coprire e delle esigenze strutturali del progetto. Nel caso di pareti composte da più pannelli, l’unione fra gli elementi viene realizzata direttamente mediante doppie viti autoforanti, inserite inclinatamente rispetto alla faccia del pannello. Questo sistema garantisce un accoppiamento solido e continuo tra i pannelli, assicurando la massima precisione, rigidezza e stabilità strutturale dell’insieme.
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Strutture in X-Lam: Platea di Fondazione
Grazie alla leggerezza del sistema costruttivo, è sufficiente una fondazione superficiale - come una platea o un solaio controterra areato - oppure, quando è previsto, il solaio dell’interrato, che diventa il piano d’appoggio dell’edificio in legno. Sopra la fondazione viene realizzato un cordolo in cemento armato continuo, perfettamente livellato, su cui viene posata una membrana impermeabilizzante. Questa barriera separa il legno dal calcestruzzo, evitando la risalita dell’umidità e garantendo così la protezione e la durabilità nel tempo della struttura.
Connessioni alla Platea di Fondazione delle Strutture in X-Lam
Il collegamento tra le pareti in X-Lam e il cordolo in cemento armato è un elemento essenziale per garantire la stabilità e la sicurezza sismica dell’edificio. Ha il compito di trasferire le sollecitazioni orizzontali (vento e sisma) alla fondazione, impedendo ogni possibilità di ribaltamento o scorrimento delle pareti. L’ancoraggio viene realizzato mediante piastre in acciaio fissate ai pannelli in X-Lam con viti o chiodi strutturali e al cordolo in cemento armato con barre filettate o tasselli meccanici sigillati con resine bicomponenti. Ogni collegamento è dimensionato in base al calcolo strutturale e alle verifiche sismiche previste dal progetto, assicurando la massima affidabilità dell’intero sistema costruttivo.
Connessione dei Solai Interpiano in X-Lam
Nei piani intermedi, i solai in X-Lam vengono realizzati con pannelli più spessi rispetto a quelli delle pareti, così da garantire maggiore solidità e comfort strutturale. Il collegamento tra pareti e solai avviene tramite piastre metalliche “hold down”, che evitano il ribaltamento delle pareti, e con viti o angolari che impediscono eventuali spostamenti orizzontali. Questi giunti meccanici rendono l’edificio un sistema unico e perfettamente integrato, capace di resistere in modo efficace a vento e sisma, mantenendo nel tempo la massima stabilità e sicurezza.
Connessione fra le pareti in X-Lam ed il solaio di Copertura
La copertura può essere realizzata con pannelli in X-Lam oppure, quando richiesto dalle luci strutturali, con l’inserimento di travi rompitratta o travi in legno lamellare e tavolato. Il collegamento tra le travi in legno e le pareti verticali può avvenire tramite tasche di alloggiamento predisposte nei pannelli in X-Lam, oppure mediante scarpette metalliche fissate con viterie strutturali. Quando la copertura è realizzata direttamente con pannelli in X-Lam, il collegamento con le pareti avviene invece mediante viti e squadrette metalliche, garantendo la continuità strutturale e la stabilità complessiva dell’edificio.
Per garantire la perfetta sigillatura ermetica tra i pannelli in X-Lam vengono impiegate guarnizioni in EPDM specifiche per le giunzioni. La tenuta all’aria viene completata con la nastratura interna ed esterna di tutte le connessioni, utilizzando nastri mono-adesivi sigillanti ad alte prestazioni. Questo sistema assicura un isolamento continuo e controllato, rendendo l’edificio a prova di Blower Door Test, a beneficio del comfort abitativo e dell’efficienza energetica complessiva.
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Parliamo del tuo progetto Go to Top Il solaio è la parte di un edificio che divide un piano dall’altro, facendo da copertura per il piano sottostante e da base per quello soprastante. Da un punto di vista tecnico può essere definito come una struttura bidimensionale piana con la funzione di sopportare i carichi presenti su di essa e trasferirli alle strutture (travi, muri, ecc) su cui si appoggiano. Le porzioni strutturali che fanno parte di questi elementi costruttivi sono essenzialmente sollecitate a flessione e taglio. Inoltre, si dovrà sempre effettuare la verifica di deformabilità, prestando maggiore attenzione quando i carichi accidentali previsti si riferiscono a pesi applicati nella loro completa entità e per lunga durata (ad esempio, biblioteche, archivi, magazzini permanenti, ecc.) in modo da evitare deformazioni permanenti per effetto del flauge. Infatti, il forte carico prolungato risulta una delle fondamentali cause di deperimento delle strutture in legno. Nei casi pratici si possono riscontrare sezioni che non sono state dimensionate correttamente per i carichi di lunga durata e presentano deformazioni permanenti tali da rendere inservibili gli elementi costruttivi.Nota: per flauge si intende il fenomeno che induce deformazioni progressive a parità di carico oltre quelle elastiche istantanee. Nel legno è particolarmente evidente tanto che le deformazioni iniziali, in funzione anche di umidità e temperatura, possono quadruplicarsi nel tempo.
TRAVE IN LEGNO DIMENSIONAMENTO E VERIFICA
Esempio di Calcolo di un Solaio ad Orditura Semplice
Riporto un breve esempio di calcolo di un solaio ad orditura semplice (nel caso di solai a doppia orditura le verifiche devono essere eseguite per due sistemi di travi ma la procedura generale di calcolo risulta essenzialmente la stessa):
Dati generali:
- Normativa di riferimento: NTC 2008
- Classe di servizio 1 - (caratterizzata da un'umidità del materiale in equilibrio con l'ambiente a una temperatura di 20°C e un'umidità relativa dell'aria circostante che non superi il 65% se non per poche settimane all'anno.)
- Categoria carichi variabili: A - Ambienti ad uso residenziale
Verifiche di Sicurezza:
Valori di calcolo della resistenza In conformità al D.M. 14.01.2008 e con riferimento alla circolare del 02 febbraio 2009 n. 617; I valori di calcolo per le proprietà del materiale, a partire dai valori caratteristici, si assegnano con riferimento combinato alle classi di servizio e alle classi di durata del carico. Il valore di calcolo Xd di una proprietà del materiale è calcolato mediante la relazione:
Xd = (Xk * Kmod) / γM
dove:
- Xk è il valore caratteristico della proprietà del materiale;
- γM è il coefficiente parziale di sicurezza relativo al materiale:
- Kmod è un coefficiente correttivo che tiene conto dell’effetto, sui parametri di resistenza, sia della durata del carico sia dell’umidità della struttura. Se una combinazione di carico comprende azioni appartenenti a differenti classi di durata del carico si sceglierà un valore di kmod che corrisponde all’azione di minor durata.
Si riportano per comodità alcuni valori e definizioni dettati dalle normative vigenti: - coefficiente parziale di sicurezza:- classi di durata del carico:- Indicazioni circa le classi di servizio:Classe di servizio 1E' caraterizzata da un'umidità del materiale in equilibrio con l'ambiente a una temperatura di 20 °C e un'umidità relativa dell'aria circostante che non superi il 65%, se non per poche settimane all'anno. Classe di servizio 2E' caraterizzata da un'umidità del materiale in equilibrio con l'ambiente a una temperatura di 20 °C e un'umidità relativa dell'aria circostante che superi l'85% solo per poche settimane all'anno. Classe di servizio 3E' caraterizzata da un'umidità più elevata di quella della classe di servizio 2.- valori di Kmod per legno massiccio e legno lamellare incollato valutati in base alla durata del carico e alla classe di servizio del materiale:
| Classe di Servizio | Durata del Carico | Kmod (Legno Massiccio) | Kmod (Legno Lamellare) |
|---|---|---|---|
| 1 | Permanente | 0.60 | 0.60 |
| 1 | Lunga Durata | 0.70 | 0.70 |
| 1 | Media Durata | 0.80 | 0.80 |
| 1 | Breve Durata | 0.90 | 0.90 |
Dati geometrici:
- Dimensioni delle travi in legno: B x H = 12.0 x 20.0 cm, interasse: i = 60.0 cm
- A = 240.0 cm2, Wx = 800.0 cm3, Jx = 8000.0 cm4
- Luce di calcolo: L = 400.0 cm
- Spessore del tavolato in legno: tw = 3.0 cm
Materiali:
- Legno travi:Classe: GL24h UNI-EN 14080:2013 (lamellare)
- rk (massa volumica) = 385.0 kg/mc
- Em (modulo elastico medio) = 115000.0 daN/cmq
- Gm (modulo elastico tangenziale medio) = 6500.0 daN/cmq
Moduli elastici per deformazioni a lungo termine:
- Classe di servizio 1: Kdef = 0.6
- Em,fin = Em / (1 + Kdef) = 71875.0 daN/cmq
- Gm,fin = Gm / ( 1 + Kdef ) = 4062.5 daN/cmq
- gm = 1.45 (coefficiente parziale di sicurezza per legno il legno lamellare)
- Kh = 1.100 (nel caso di elementi sottoposti a flessione o a trazione parallela alla fibratura Kh è il coefficiente che incrementa la resistenza quando la dimensione della sezione Lmax, parallela al piano di sollecitazione, è inferiore a 15 cm per legno massiccio o 60 cm per lamellare)
Resistenze caratteristiche:
- fmk (flessione) = 240.0 daN/cmq
- fvk (taglio) = 35.0 daN/cmq
- ft0k (trazione) = 192.0 daN/cmq
Resistenze di calcolo:
Con durata dei carichi variabili di media durata (da 1 settimana a 6 mesi) Kmod = 0.800
- fmd (resistenza a flessione) = (fmk Kh Kmod) / gm = 145.66 daN/cmq
- fvd (resistenza a taglio) = (fvk Kh Kmod) / gm = 21.24 daN/cmq
- ft0d (resistenza a trazione) = (ft0k Kh Kmod) / gm = 116.52 daN/cmq
Per soli carichi permanenti: Kmod = 0.600
- fmd (resistenza a flessione) = (fmk Kh Kmod) / gm = 109.24 daN/cmq
- fvd (resistenza a taglio) = (fvk Kh Kmod) / gm = 15.93 daN/cmq
- ft0d (resistenza a trazione) = (ft0k Kh Kmod) / gm = 87.39 daN/cmq
Schema statico:
Appoggio-appoggio
Analisi dei carichi:
Carichi permanenti:
- pavimento+sottofondo 110,0 daN/mq
- g1 = 121,6 daN/mq
- g1 x interasse travi (0.60 m) 72.9 daN/m
- peso proprio trave 9.2 daN/m
- G1 = 82.2 daN/m
Carichi permanenti non strutturali:
- g2 = ripartizione tramezzature 80,0 daN/mq
- G2 = g2 x interasse travi (0.60 m) 48.0 daN/m
Carichi variabili:
- q = sovraccarico variabile 200,0 daN/mq
- Q1 = q x interasse travi (0.60 m) 120.0 daN/m
Verifiche delle travi in legno (stato limite ultimo):
Combinazione di carico: permanenti + variabili (Kmod = 0.800)
- Q = G1 gg1 + G2 gg2 + Q1 gq1 = 358.82 daN/m (gg1 = 1.30; gg2 = 1.50; gq1 = 1.50)
Verifica a flessione:
- M = (Q L2) / 8 = 71764.2 daN cm
- sw = M / Wx = 89.7 daN/cmq < fmd = 145.66 daN/cmq (Verificato)
Verifica a taglio:
- V = (Q L) / 2 = 717.6 daN
- tw = 1,5 V / A = 4.5 daN/cmq < fvd = 21.24 daN/cmq (Verificato)
Combinazione di carico: soli carichi permanenti (Kmod = 0.600)
- Q = G1 gg1 + G2 gg2 = 178.82 daN/m (gg1 = 1.30; gg2 = 1.50)
Verifica a flessione:
- M = (Q L2) / 8 = 35764.2 daN cm
- sw = M / Wx = 44.7 daN/cmq < fmd = 109.24 daN/cmq (Verificato)
Verifica a taglio:
- V = (Q L) / 2 = 357.6 daN
- tw = 1,5 V / A = 2.2 daN/cmq < fvd = 15.93 daN/cmq (Verificato)
Frecce in esercizio (stato limite di esercizio):
a) Deformazioni istantanee calcolate in combinazione rara
Deformazione istantanea per effetto dei carichi permanenti:
- Gk = G1 + G2 = 130.17 daN/cmq
- U1i = ((5 Gk L4) / (384 Em Jx)) + ((1.2 Gk L2) / (8 Gm A)) = 4.917 mm
Deformazione istantanea per effetto dei carichi variabili:
- U2i = ((5 Q1 L4) / (384 Em Jx)) + ((1.2 Q1 L2) / (8 Gm A)) = 4.532 mm
b) Deformazione finale per effetto dei carichi permanenti + variabili
Nel calcolo della deformazione finale si tiene conto del comportamento reologico del legno. Al termine di deformazione istantanea verrà quindi sommato il termine di deformazione differita, calcolata con riferimento alle componenti quasi-permanenti delle azioni. La deformazione differita può quindi essere valutata moltiplicando la deformazione iniziale per un coefficiente kdef che tiene conto dell'aumento di deformazione nel tempo dovuto all'effetto combinato della viscosità e dell'umidità del materiale.
Ai fini del calcolo pertanto abbiamo:
- Ufin = U1i (1 + Kdef) + U2i (1 + y21 Kdef) = 13.215 mm (Kdef = 0.600, y21 = 0.30):
Verifiche di deformazione:
- U2i / L = 1 / 883 < 1 / 300 (Verificato)
- Ufin / L = 1 / 303 < 1 / 200 (Verificato)
Tipologie di Solai in Legno
I solai possono essere suddivisi principalmente in 4 tipologie: in latero-cemento, in legno, in acciaio e a soletta piena realizzati in c.a. I solai vengono progettati per sostenere e ripartire le azioni su di essi agenti.
- Solaio in legno a orditura semplice: Questa configurazione strutturale ricorda il design tipico del solaio alla veneziana ed è particolarmente adatta per ambienti che sono lunghi e stretti. La continuità del solaio viene garantita dalla disposizione di un tavolato di collegamento tra le varie travi principali.
- Solaio in legno a doppia orditura: La combinazione di queste due parti forma una struttura solida e affidabile che offre la capacità di coprire ambienti di dimensioni considerevoli, rendendola una scelta popolare nella progettazione e costruzione di edifici di varie tipologie. Le travi principali sono posizionate ad un interasse di 2/4 metri, ordendo le stesse secondo la dimensione minore dell’ambiente.
- Solaio in legno a tripla orditura: è una soluzione prescelta per ambienti di ampie dimensioni o con carichi significativi. L’orditura principale è solitamente costituita da travi rinforzate con saette, contraffissi o tiranti. Alcuni solai possono anche impiegare travi di grandi dimensioni;
- Solaio in legno a cassettoni: Questo tipo di soluzione è particolarmente adatto per ambienti con una pianta quadrata o con lati di lunghezza molto simile, in quanto contribuisce a garantire una distribuzione equa dei carichi sulla superficie del solaio.
Calcolo Solaio in Legno
Per il calcolo di un solaio in legno le operazioni che vengono compiute sono volte a verificare che gli elementi predimensionati siano sufficienti a sostenere i carichi applicati.Dunque, le operazioni che vengono condotte sono:
- predimensionamento degli elementi strutturali in funzione dello schema strutturale del solaio, del tipo di legno scelto e dell’interasse fra gli elementi che si è scelto;
- effettuato il predimensionamento si potrà passare all’analisi dei carichi, cioè alla valutazione di pesi agenti sul solaio;
- effettuata l’analisi dei carichi si passa all’analisi strutturale volta alla valutazione delle sollecitazioni indotte dai carichi agenti sul solaio;
- note le sollecitazioni si potrà passare alla fase di verifica degli elementi strutturali, operazione volta a dimostrare che la capacità strutturale sia maggiore della domanda e dunque che il solaio sia capace di sostenere i carichi applicati.
Nel caso di solai in legno le verifiche che vengono eseguite sono:
- per la trave principale: flessione semplice retta e verifica taglio + deformazione;
- per il travetto: flessione semplice retta e verifica taglio + deformazione;
- per il tavolato: flessione semplice retta e verifica taglio + deformazione.
Aspetti Normativi
Nell’ambito della progettazione di solai in legno è fondamentale comprendere appieno gli aspetti normativi, con particolare attenzione all’Eurocodice 5, rappresentato dalla norma UNI EN 1995-1-1. Questa regolamentazione fornisce un quadro completo per la progettazione delle strutture in legno, incorporando regole generali insieme a direttive specifiche per gli edifici.
L’Eurocodice 5 si applica a una vasta gamma di strutture, tra cui:
- legno massiccio;
- legno segato;
- legno piallato o sotto forma di pali;
- legno lamellare incollato;
- prodotti strutturali a base di legno, come LVL;
- pannelli a base di legno, uniti mediante adesivi o collegamenti meccanici.
La scelta dei criteri di verifica in fase di progettazione è un aspetto di fondamentale importanza. Questa selezione non solo mira a soddisfare requisiti funzionali e di comfort, ma rappresenta anche un elemento chiave nella valutazione economica complessiva del progetto. La chiarezza di questi parametri si rivela fondamentale sia dal punto di vista ingegneristico che economico. In effetti, la valutazione dei costi complessivi della struttura è profondamente influenzata dalla selezione di tali parametri.
Il progettista, in conformità con la normativa vigente, collabora con il committente per definire le prestazioni richieste al solaio per l’intera durata della sua vita utile. Questa definizione deve tener conto non solo delle esigenze funzionali ma anche delle implicazioni economiche delle scelte effettuate. In secondo luogo, è essenziale considerare l’analisi delle vibrazioni dei solai in legno. A causa della loro ridotta massa e rigidezza, possono essere suscettibili di fenomeni di risonanza o di accelerazioni che compromettono il comfort degli utenti. Questo rende necessari adeguamenti in loco che, spesso, sono complessi da realizzare o comportano costi significativi.
Vantaggi di un Solaio in Legno
I solai in legno sono apprezzati non solo per il loro aspetto estetico, ma anche per una serie di pregi funzionali e pratici che li rendono una scelta attraente nella progettazione di edifici:
- Leggerezza strutturale e flessibilità: questa caratteristica contribuisce a ridurre il carico complessivo sull’edificio, il che può essere particolarmente vantaggioso in costruzioni con limitazioni di carico o in ristrutturazioni. La leggerezza dei solai in legno li rende ideali per la costruzione di piani superiori in edifici esistenti. I solai in legno possono essere progettati per adattarsi a una vasta gamma di esigenze strutturali, compresi edifici residenziali, commerciali o industriali.
Proporre oggi solai in legno può apparire anacronistico e comunque difficile per la diffidenza ancora diffusa nei riguardi di questo materiale impiegato nelle costruzioni.
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